JPH03272472A - スペックル速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ウェブなどの移動速度を測定するためのスペ
ックル速度計に関する。

〔従来の技術〕

レーザスペックル速度検出法は、たとえば「レーザー研
究」、第８巻、第２号、３７９頁以降記載の報文により
公知であり、その基本的発想は、被検出対象物にはなん
らかの凹凸があり、その検出対象凹凸部が移動するのを
所定距離離間した位置において検出することで、被検出
物の移動速度を測定するものである。

これを、第１図によって概説すると、いまウエブエなど
の被検出対象物が右方に移動しているとき、その表面に
Ｈｅ−Ｎｅなどのレーザ光源２からレーザ光を投光レン
ズ３を介して照射する。そしてこのウェブ１におけるレ
ーザ光の透過光または反射光を、スペックルの並進方向
に並設した受光センサー４Ａ、４Ｂにより検出し、検出
した光信号の時間的ずれ量を、相関処理器５により相互
相関処理してウェブ１の速度を検出するものである。

いま、ウェブｌの移動速度をｖ１並進倍率をσ、受光セ
ンサー面上でのスペックルの移動速度をＶ、受光センサ
ー４Ａ、４Ｂの離間距離をＸ１投光しンズ３とウェブＩ
との間のビームウェスト６とウェブｌとの離間距離を２
１ウエブ１と受光センサー４Ａ、４Ｂとの離間距離をＲ
としたとき、受光センサー４Ａ、４Ｂで検出した信号の
時間的ずれ量τｄは、（３）式で与えられる。

■＝σＶ　・・・・・・　（１） σ＝　１　＋Ｒ／Ｚ　　・・・・・・　（２）ｒｄ＝Ｘ
／ｖ＝Ｘ／ａＶ　　−−−−−−（３）ここで、Ｘおよ
びσは既知である。

また、第２図のように、受光センサー４Ａでの受光信号
波形に対して、受光センサー４Ｂで時間的ずれ量τｄを
もって同様な受光信号波形を示すから、その時間的ずれ
量τｄを測定すれば、（３）式によって、目的のウェブ
ｌの移動速度Ｖを知ることができる。しかるに、時間的
ずれ量τｄは、前記の相関処理を経て測定でき、るから
、結局ウェブｌの移動速度を測定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかるレーザスペックル速度検出方式は、高速で移動す
る透明ウェブに対しても有効に適用できる。

しかるに、従来は、ウェブの透過光または反射光を直接
的に受光センサーで検出していた。さらに、かかる従来
装置では、透過光をその結像点を変えることなくそのま
ま受光センサーにより検出していた。

しかし、ＰＥＴなとの平滑性が高い透明フィルムベース
などのそのベース上での拡散性が小さい時、受光面位置
が、ベースから近い場合と、遠方の場合を比較すると、
遠方の場合の方が受光面上のスペックルを生成している
ベース面上の照射ビーム径両端からの拡散光角度を小さ
くでき、かつ、その角度差を小さくできるため、スペッ
ク並進性が良く（相関性が高い）、よって検出精度を高
くすることができる。

一方、被検査物としてのウェブからの離間距離を小さく
すれば、速度検出装置自体のコンパクト化を図ることが
できる。

そこで、本発明の課題は、速度検出装置のコンパクトを
図るとともに、速度検出精度を高めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、レーザ光を被検出物に照射してその反射ま
たは透過のスペックルパターンの並行移動の光量変動を
、スペックルの移動方向に間隔を置いた少なくとも２つ
の受光センサーで受光し、これら受光センサーからの信
号の時間的ずれ量を相互相関処理により求め、被検出物
の移動速度を検出する装置において、 前記被検査物の位置を基準として受光センサー面より遠
方場のスペックルパターンを受光センサー面近くに結像
させるレンズ系を設けたことで解決できる。

〔作用〕

本発明では、受光センサー面より遠方場のスペックルパ
ターンを受光センサー面近くに結像させるレンズ系を設
けである。

すなわち、第３図のように、遠方場Ｏに結像するスペッ
クルパターンを、受光センサー面戸上に結像するように
、レンズ系Ｑを設けたものである。

ビームの両端がウェブｌで拡散し遠方場Ｏで結像する場
合の拡散光角度をβ１、β２とし、レンズ系Ｑがない時
の受光センサー面戸上で結像するときの拡散光角度をα
４、α２とすると、それらの角度差は次記のようになる
。

α１〉β１．α２〉β２ かつ　　α１−α２　〉　β１−β２ これにより、遠方場の方が、スペックルの並進性が良く
（相関性が高く）、もって受光センサーでの受光信号の
相関性が高まり、速度測定精度が良好となる。そこで、
レンズ系Ｑを設けることで、遠方場に結像する拡散光角
度成分β１、β２を受光センサー面戸上に結像させ、も
って、ベースから近い受光面でも高い速度測定精度が得
られる。

さらに、受光センサーの被検査物としてのウェブからの
離間距離を小さくできるので、速度検出装置のコンパク
ト化を図ることができる。

〔発明の具体的構成〕

以下本発明をさらに具体的に説明する。

第３図は本発明装置例を示したもので、受光センサー４
Ａ、４Ｂ面より遠方基Ｏのスペックルパターンを受光セ
ンサー４Ａ、４Ｂ面近くに結像させる結像レンズ系Ｑを
設けである。

これをさらに具体化したものを第４図に示した。

透明フィルムベースなどのウェブ１を透過したレーザ光
は、結像レンズ系Ｑたとえばシリンドリカルレンズによ
り、本来は遠方基Ｏに結像するスペックルパターンを、
スリット板１０部分に結像するようにしである。スリッ
ト板１０には、第５図も参照されると判るように、スペ
ックル並進方向に狭いスリットＩＯＡ、ＩＯＢが形成さ
れている。

このスリットＩＯＡ、ＩＯＨの存在により、第６図のよ
うに、これを設けない場合の受光センサー４Ａ、４Ｂの
受光域が４Ａ※および４Ｂ※であるとすれば、同図から
容易に推測できるように、スペックル並進方向に関して
並進速度に対する光量変化を鋭く検出できるようになる
。

また、スリット板１０の前方にはシリンドリカルレンズ
１１が配設され、スペックル並進方向と直交する方向の
レーザ光を集光するようにしである。さらに、スリット
板１０の後方には、プリズム１２が配置され、スリット
ＩＯＡ、ＩＯＢを透過したレーザ光を分別してそれぞれ
対応する受光センサー４Ａ、４Ｂに案内する構成としで
ある。

受光センサー４Ａ、４Ｂからの各受光信号は従来例と同
様に相関処理器５により相互相関処理され、ウェブエの
速度が検出される。

一方、前記例のように、受光センサー４Ａ、４Ｂに取り
込まれる光信号のスペックル成分に対して、スペックル
の並進移動方向を狭くするスリット１０Ａ、ＩＯＢなど
の狭化手段を設けると、受光センサー４Ａ、４Ｂが、並
進方向に狭い領域のみの光を検出するので、急峻な光量
変化を検出でき、もって速度分解能が高まる。その結果
、検出精度が高まる。

他方、スペックル並進方向と直交する方向については、
拡くするシリンドリカルレンズ１１などの拡大手段を設
けると、ノイズに対する目的の信号を精度よく検出でき
、すなわちＳ／Ｎ比を高めることができる。

また、この拡大手段を用いると、受光センサーそのもの
の受光面積によって規定される受光面積よりも広範囲な
受光が可能となるので、受光センサーのスペックル並進
方向と直交する方向のセツティング位置決めが容易にな
る。

さらに、狭化手段として、たとえばスリットを用いたと
き、受光量を多くするために各受光センサーの大きさを
大きくするような場合、また、逆にセンサーサイズより
も狭いスリット間隔にすることでスペックル並進性を高
め、検出精度を上げる場合、２つの受光センサーの中心
間隔が前記各スリット間隔より大きくなることがあり、
この場合には、一方のセンサーに他方のスリットからの
透過光が入射して、結果的に検出精度を低下させること
になる。

これに対して、狭化手段と受光センサーとの間に前記各
透過光を対応する各受光センサーに入射させるプリズム
■２などの透過光分別案内手段を設けると、他方のスリ
ットでの透過光の影響を防止しながら受光できる。さら
に、センサーサイズよりも狭いスリット間隔を実現する
ことができ、スペックル並進性を高め、検出精度を上げ
ることができる。

なお、レーザ光源２からのレーザ光はビームエクスパン
ダ−を通した後、集光レンズにより集光させ、平面引廻
しミラーを介してウェブ１に照射させることなども可能
である。さらに、結像レンズ系Ｑは、単一のレンズのほ
か、適宜形状のレンズを複数組み合わせて用いることも
できる。結像レンズ系Ｑの組合せ例として、遠方基のス
ペックルパターンをセンサー面戸上よりも、ウェブに近
い所に、結像する結像レンズと、そのスペックル像を拡
大して、センサー面戸上に再結像する拡大レンズの組合
せがある。この場合、結像レンズだけでは、遠方基のス
ペックルパターンをウェブ面に近い所に結像はできるが
、これだけでは、結像倍率が小さいため、スペックル並
進領域が小さくなってしまい、受光信号の相関性が落ち
てしまう。

そこで、拡大レンズを用いて、結像倍率を上げ、スペッ
クル並進領域を拡げ、受光信号の相関性の低下を防ぐ。

ところで、前記例では、拡大手段、狭化手段および透過
光分別案内手段を介してレーザ光を受光センサー４Ａ、
４Ｂに導いたが、第７図のように、凸レンズを用いると
ともに、前記各手段を用いることなく直接的に受光セン
サー４Ａ、４Ｂに導びくことかできる。

本発明における受光センサーとしては、適宜のものを用
いることができるが、たとえばホトダイオードＰＤ、ア
バランシェホトダイオードＡＰＤ。

ホトダイオードアレイＰＤＡ、固体撮像素子ＣＣＤなど
を挙げることができる。また、前記実施例における拡大
手段と狭化手段との配設順序はどちらでもよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、測定精度が高まり、また
装置のコンパクト化が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるスペックル速度検出原理説明図
、第２図は受光センサーでの波形および相関信号波形図
、第３図は本発明装置の基本的構成図、第４図はその具
体例図、第５図は方向を異にする要部断面図、第６図は
スリットの説明図、第７図は他の例の概要図である。 １・−・ウェブ（被検査物）、２・・・レーザ光源、４
Ａ、４Ｂ・・・受光センサー　５・・・相関処理器、１
０Ａ、ＩＯＢ・−スリット、１１・・・シリンドリカル
レンズ、１２・・・プリズム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を被検出物に照射してその反射または透
   過のスペックルパターンの並行移動の光量変動を、スペ
   ックルの移動方向に間隔を置いた少なくとも２つの受光
   センサーで受光し、これら受光センサーからの信号の時
   間的ずれ量を相互相関処理により求め、被検出物の移動
   速度を検出する装置において、 前記被検査物の位置を基準として受光センサー面より遠
   方場のスペックルパターンを受光センサー面近くに結像
   させるレンズ系を設けたことを特徴とするスペックル速
   度計。